“应变”自旋电子学:具有电场诱导应变的超铁磁

“应变”自旋电子学:具有电场诱导应变的超铁磁

在当今的磁性介质中,数据存储是非常消耗能量的。新型材料的结合以及它们之间的耦合可以减少控制磁存储器所需的能量,从而使IT部门的碳足迹更小。现在,由HZB领导的一个国际小组在HZB光源Bessy II上观察到了铁纳米颗粒中的一种新现象:虽然通常情况下,铁颗粒的磁矩在室温下彼此无序,但这可以通过施加电场来改变:该磁场在系统上引起局部应变,从而导致他形成了所谓的超铁磁有序态。

在磁存储器中切换磁畴通常需要由电流产生的磁场,因此需要大量的电能。现在,来自法国、西班牙和德国的团队已经证明了在纳米尺度上采用另一种方法的可行性:“我们可以通过使用小电场而不是使用磁场来在样品的一个小区域诱导磁有序”,HZB的Sergio Valencia博士指出。

“应变”自旋电子学:具有电场诱导应变的超铁磁铁电基板,顶部带有磁性纳米颗粒

样品由沉积在BatiO3基底上的楔形多晶铁薄膜组成。钛酸钡是一种著名的铁电和铁弹性材料:电场可以扭曲钛酸钡的晶格并引起机械应变。电子显微镜分析表明,铁膜由微小的纳米颗粒(直径2.5nm)组成。在其较薄的一端,铁膜厚度小于0.5nm,允许纳米颗粒的“低尺寸”。由于铁纳米颗粒的尺寸很小,因此它们的磁矩相互之间是无序的,这种状态被称为超顺磁性。

贝西二世:磁阶映射

在贝西二世的X-Peem-Beamline上,科学家们分析了这种纳米颗粒在小电场下的磁级会发生什么。Ashima Arora博士解释说:“通过X-Peem,我们可以在微观水平上绘制铁颗粒的磁序,并在原位施加电场的情况下观察它们的取向如何变化。”她在博士论文中做了大部分实验。结果表明:电场在BatiO3上产生了一个应变,该应变被传递到其上的铁纳米颗粒上,样品的超顺磁区转变为一个新的状态。在这种新的状态下,铁粒子的磁矩都是沿着同一方向排列的,也就是说,一个称为超铁磁的集体长程铁磁序。

从自旋电子学到应变电子学

实验是在略高于室温的温度下进行的。巴伦西亚说:“这让我们希望这一现象能被用于设计新的复合材料(由铁电和磁性纳米颗粒组成),用于低功率自旋存储和在环境条件下运行的逻辑架构。”

在磁随机存取存储器装置中,仅用电场诱发的应变来控制纳米磁性位元,也称为应变。它可以提供一种新的、可扩展的、快速的和节能的替代品,以替代当今的磁存储器。

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